TH56253B - อุปกรณ์เพริสทัลติกไมโครปั๊ม แบบเทอร์โมนิวเมติก (Thermopneumatic Peristaltic Micropump) สำหรับไมโครฟลูอิดิกชิบ (Microfluidic chip) ที่มีตัวทำความร้อนแบบเมมเบรนลอย (floating membrane) และกระบวนการผลิตอุปกรณ์ดังกล่าว - Google Patents

Abstract

DC60 (28/04/60) อุปกรณ์ไมโครปั๊ม ชนิดเทอร์โมนิวเมติกในการประดิษฐ์นี้มีโครงสร้างหลายชั้น ซึ่ง ประกอบด้วย microchamber, microheater, actuating membrane, microchannel โดยจะมี microchamber สำหรับอากาศซึ่งทำจากสารโพลิเมอร์ เช่น Polydimethysiloxane เป็นต้น ซึ่งภายใน microchamber มี microheater เป็นเมมเบรนลอย (floating membrane heater) ที่ทำจากกระบวนการ physical vapor deposition ซึ่งได้แก่ evaporation หรือ sputtering โดยไม่อาศัยกระบวนการ electroplating และทำจากสาร ที่เป็นโลหะสำหรับทำความร้อนที่เหมาะสม ได้แก่ NiChrom (Ni80%Cr20%) หรือ Titanium Nitride (TiN) โดยจะมีลักษณะเป็นชั้นฟิล์มบางที่ลอยอยู่ตรงกลาง โดยมีจุดยึดอย่างน้อยสองจุด โดยตัวทำความ ร้อนเมมเบรนลอย ส่วนผนังบนของ microchamber จะเป็น actuating membrane ซึ่งเมมเบรนบางของสาร โพลิเมอร์ชนิดเดียวกันซึ่งจะมีหน้าที่เป็นลิ้นปิดเปิดขับดันด้วยอากาศร้อนที่ขยายตัวใน microchamber โดยเมมเบรนนี้จะอยู่ใต้โครงสร้าง microchannel ซึ่งก็เป็นสารโพลิเมอร์ชนิดเดียวกัน ซึ่งเป็นช่องขนาด เล็กที่สารเคมีไหลผ่าน เมื่อเมมเบรนถูกดันขึ้นก็จะทำให้ microchannel ถูกปิด โครงสร้างโพลิเมอร์หลาย ชั้นนี้จะถูกสร้างด้วยวิธีการ plastic molding, hot embossing และ plasma bonding ลงบนซับสเตรตที่เป็น แก้ว คุณสมบัติที่สำคัญของอุปกรณ์ Micropump คือ ที่มีความเร็วในการควบคุมการปั๊มได้เร็วกว่า Thermopneumatic peristaltic micropump ทั่วไป เนื่องจากการทำความร้อนและควบคุมอุณหภูมิได้เร็ว และมีการใช้พลังงานต่ำ โดยการจัดให้มี microheater ที่เป็นเมมเบรนลอย อยู่ภายใน microchamber เพื่อ ทำหน้าที่ให้ความร้อนแก่อากาศซึ่งจะขยายตัวขับดันโพลิเมอร์เมมเบรน โดยมีพลังงานสูญเสียสู่แผ่นซับ เสตรตน้อยที่สุด จึงทำให้การทำความร้อนเป็นไปได้รวดเร็ว และที่สำคัญคือกระบวนการผลิตจะมีราคา ถูกกว่าอุปกรณ์ Micropump ที่ใช้กระบวนการผลิตแบบวงจรรวมมาก แก้ไข 28/04/2560 อุปกรณ์ไมโครปั๊ม ชนิดเทอร์โมนิวเมติกในการประดิษฐ์นี้มีโครงสร้างหลายชั้น ซึ่ง ประกอบด้วย microchamber, microheater, actuating membrane, microchannel โดยจะมี microchamber สำหรับอากาศซึ่งทำจากสารโพลิเมอร์ เช่น Polydimethysiloxane เป็นต้น ซึ่งภายใน microchamber มี microheater เป็นเมมเบรนลอย (floating membrane heater) ที่ทำจากกระบวนการ physical vapor deposition ซึ่งได้แก่ evaporation หรือ sputtering โดยไม่อาศัยกระบวนการ electroplating และทำจากสาร ที่เป็นโลหะสำหรับทำความร้อนที่เหมาะสม ได้แก่ NiChrom (Ni80%:Cr20%) หรือ Titanium Nitride (TiN) โดยจะมีลักษณะเป็นชั้นฟิล์มบางที่ลอยอยู่ตรงกลาง โดยมีจุดยึดอย่างน้อยสองจุด โดยตัวทำความ ร้อนเมมเบรนลอย ส่วนผนังบนของ microchamber จะเป็น actuating membrane ซึ่งเมมเบรนบางของสาร โพลิเมอร์ชนิดเดียวกันซึ่งจะมีหน้าที่เป็นลิ้นปิดเปิดขับดันด้วยอากาศร้อนที่ขยายตัวใน microchamber โดยเมมเบรนนี้จะอยู่ใต้โครงสร้าง microchannel ซึ่งก็เป็นสารโพลิเมอร์ชนิดเดียวกัน ซึ่งเป็นช่องขนาด เล็กที่สารเคมีไหลผ่าน เมื่อเมมเบรนถูกดันขึ้นก็จะทำให้ microchannel ถูกปิด โครงสร้างโพลิเมอร์หลาย ชั้นนี้จะถูกสร้างด้วยวิธีการ plastic molding, hot embossing และ plasma bonding ลงบนซับสเตรตที่เป็น แก้ว คุณสมบัติที่สำคัญของอุปกรณ์ Micropump คือ ที่มีความเร็วในการควบคุมการปั๊มได้เร็วกว่า Thermopneumatic peristaltic micropump ทั่วไป เนื่องจากการทำความร้อนและควบคุมอุณหภูมิได้เร็ว และมีการใช้พลังงานต่ำ โดยการจัดให้มี microheater ที่เป็นเมมเบรนลอย อยู่ภายใน microchamber เพื่อ ทำหน้าที่ให้ความร้อนแก่อากาศซึ่งจะขยายตัวขับดันโพลิเมอร์เมมเบรน โดยมีพลังงานสูญเสียสู่แผ่นซับ เสตรตน้อยที่สุด จึงทำให้การทำความร้อนเป็นไปได้รวดเร็ว และที่สำคัญคือกระบวนการผลิตจะมีราคา ถูกกว่าอุปกรณ์ Micropump ที่ใช้กระบวนการผลิตแบบวงจรรวมมาก ------------------------------------------------------------------------ อุปกรณ์ไมโครปั๊ม ชนิดเทอร์โมนิวเมติกในการประดิษฐ์นี้มีโครงสร้างหลายชั้น ซึ่ง ประกอบด้วย ไมโครเเชมเบอร์, ตัวทำความร้อนขนาดไมโคร (microheater), เเอกชูเอตติ้งเมมเบรน (actuating membranc), ช่องขนาดไมโคร (microchanncl) โดย ไมโครเเชมเบอร์ สำหรับอากาศทำ จากสารโพลิเมอร์ เช่น โพลีไดเมธิลไซโลเซนเป็นต้น ซึ่งภายใน ไมโครเเชมเบอร์ มี ตัวทำความ ร้อนขนาดไมโคร (microhcatcr) เป็นเมมเบรนลอย (floating mebrane heater) ที่ทำจาก กระบวนการ physical vapor deposition ซึ่งได้แก่ evaporation หรือ sputtering โดยไม่อาศัย กระบวนการ electroplating และทำจากสารที่เป็นโลหะสำหรับทำความร้อนที่เหมาะสม ได้แก่ นิโครม (NiChrom) (Ni80%:Cr20%) หรือ ไททาเนียมไนไตรด์ (Titanium Nitride: TiN) โดยจะมี ลักษณะเป็นชั้นฟิล์มบางที่ลอยอยู่ตรงกลาง โดยมีจุดยึดอย่างน้อยสองจุด โดยตัวทำความร้อนเมม เบรนลอย ส่วนผนังบนของ ไมโครเเชมเบอร์ จะเป็น เเอกชูเอตติ้งเมมเบรน (actuating membrane) ซึ่งเมมเบรนบางของสารโพลิเมอร์ชนิดเดียวกันซึ่งจะมีหน้าที่เป็นลิ้นปิดเปิดที่ขับดันด้วยอากาศร้อน ที่ขยายตัวใน ไมโครเเชมเบอร์ โดยเมมเบรนนี้จะอยู่ใต้โครงสร้าง ช่องขนาดไมโคร (microchannel) ซึ่งก็เป็นสาร โพลิเมอร์ชนิดเดียวกัน ซึ่งเป็นช่องขนาดเล็กที่สารเคมีไหลผ่าน เมื่อเมมเบรนถูกดันขึ้น ก็จะทำให้ ช่องขนาดไมโคร (microhannel) ถูกปิด โครงสร้างสารโพลิเมอร์หลายชั้นนี้จะถูกสร้าง ด้วยวิธีการ plastic molding, hot cmbossing และ plasma bonding ลงบนซับสเตรตที่เป็นแก้ว คุณสมบัติที่สำคัญของอุปกรณ์ ไมโครปั้ม คือ ที่มีความเร็วในควบคุมการปั้นได้เร็วกว่า เพริสทัลติก ไมโครปั้ม เเบบเทอร์โมนิวเมติกทั่วไป เนื่องจากการทำความร้อนและควบคุมอุณหภูมิได้เร็วและมี การใช้พลังงานต่ำ โดยการจัดให้มี ตัวทำความร้อนขนาดไมโคร (microhcater) ที่เป็นเมมเบรนลอย อยู่ภายใน ไมโครเเชมเบอร์ เพื่อทำหน้าที่ให้ความร้อนแก่อากาศซึ่งจะขยายตัวขับดันโพลิเมอร์เมม เบรน โดยมีพลังงานสูญเสียสู่แผ่นซับเสตรน้อยที่สุด จึงทำให้การทำความร้อนเป็นไปได้รวมเร็ว และที่สำคัญคือกระบวนการผลิตจะมีราคาถูกกว่าอุปกรณ์ ไมโครปั้ม ที่ใช้ระบบการผลิตเเบบ วงจรรวมมาก:

Claims (7)

ข้อถือสิทธฺ์ (ทั้งหมด) ซึ่งจะไม่ปรากฏบนหน้าประกาศโฆษณา :แก้ไข 28/04/2560 1. อุปกรณ์ไมโครปั๊ม ที่ประกอบด้วย - แผ่นฐาน (1) ที่ประกอบด้วยผิวหน้าที่หนึ่งและสอง โดยแผ่นฐาน (1) ดังกล่าวทำ มาจากวัสดุที่เป็นฉนวน - ชั้นฟิล์มบาง (2, 3 และ 4) โครงสร้างตัวทำความร้อนแบบเมมเบรนลอยที่ประกอบด้วยฟิล์ม บางตัวทำความร้อน ที่ถูกสร้างอยู่บนผิวหน้าที่หนึ่งของแผ่นฐาน (1) โดยมีช่องว่าง อากาศ (15, 16 และ 17) ดังกล่าว โดยมีแขนยึดเป็นตัวเชื่อมอย่างน้อยสองจุด - ชั้นฟิล์มบาง (5,6 และ 7) ซึ่งทำหน้าที่เป็นขั้วของตัวทำความร้อนเมมเบรนลอยที่ถูกสร้าง อยู่บนผิวหน้าที่หนึ่งของแผ่นฐาน (1) และ - โครงสร้างหลายชั้นของสารโพลิเมอร์ซึ่งประกอบด้วย microchamber (8, 9, 10 และ 11), microheater, actuating membrane (12), microchannel (13) ที่ยึดติดอยู่บน แผ่นฐาน (1) ล้อมรอบโครงสร้างตัวทำความร้อนแบบเมมเบรนลอยทั้งหมด โดยที่อุปกรณ์ ไมโครปั๊มดังกล่าว มีลักษณะเฉพาะคือ แผ่นฐาน (1) มีคุณสมบัติเป็นวัสดุ ฉนวนที่ทนความร้อนได้อย่างน้อย 250 องศาเซลเซียส และโครงสร้างตัวทำความร้อนแบบเมม เบรนลอยที่ประกอบด้วยฟิล์มบางตัวทำความร้อน และขั้วชั้นฟิล์มบาง (5, 6 และ 7) สร้างขึ้นจาก กระบวนการ physical vapor deposition นอกจากนี้มีลักษณะเฉพาะของโครงสร้างหลายชั้นของสาร โพลิเมอร์ที่เป็นแผ่นยางประเภทซิลิโคน เช่น polydimethysiloxane (PDMS) ที่จะถูกสร้างด้วย วิธีการ plastic molding, hot embossing และ plasma bonding ลงบนซับสเตรตที่เป็นแก้ว 2. อุปกรณ์ ไมโครปั๊มตามข้อถือสิทธิที่ 1 ที่ซึ่งแผ่นฐาน (1) ดังกล่าว ทำจากแก้ว 3. อุปกรณ์ ไมโครปั๊มตามข้อถือสิทธิที่ 1 ที่ซึ่งแผ่นฐาน (1) ดังกล่าว ทำจากซิลิกา 4. อุปกรณ์ ไมโครปั๊มตามข้อถือสิทธิที่ 2-3 ข้อใดข้อหนึ่ง ที่ซึ่งแผ่นฐาน (1) ดังกล่าวมีขนาด กว้างและยาวอยู่ระหว่าง 1-100 มิลลิเมตรและมีความหนาระหว่าง 0.5-2 มิลลิเมตร 5. อุปกรณ์ไมโครปั๊มตามข้อถือสิทธิที่ 1 ที่ซึ่งฟิล์มบางตัวทำความร้อนดังกล่าวอยู่บนเมม เบรนลอยของชั้นฟิล์มบาง (2, 3 และ 4) ทำจากโลหะผสมระหว่างนิเกิ้ลและโครเมี่ยมและมีความ หนาในช่วง 0.2-3 ไมโครเมตร 6. อุปกรณ์ไมโครปั๊มตามข้อถือสิทธิที่ 1 ที่ซึ่งฟิล์มบางตัวทำความร้อนดังกล่าวอยู่บนเมม เบรนลอยของชั้นฟิล์มบาง (2, 3 และ 4) ทำจากโลหะของสารประกอบ Titanium Nitride (TiN) และมีความหนาในช่วง 0.2-3 ไมโครเมตร 7. อุปกรณ์ ไมโครปั๊มตามข้อถือสิทธิที่ 1 ที่ซึ่งฟิล์มบาง (2, 3 และ 4) ประกอบด้วยชั้นโครเมี่ยมใน ชั้นแรกที่มีความหนาระหว่าง 20-40 นาโนเมตรและชั้นทองคำที่มีความหนาระหว่าง 100- 300 นาโนเมตรในชั้นถัดไป 8. อุปกรณ์ไมโครปั๊มตามข้อถือสิทธิที่ 1 ยังมีโครงสร้างหลายชั้นของสารโพลิเมอร์ซึ่ง ประกอบด้วย microchamber (8, 9, 10 และ 11), actuating membrane (12) และ microchannel (13) ล้อมรอบโครงสร้างตัวทำความร้อนแบบเมมเบรนลอยดังกล่าว 9. อุปกรณ์ ไมโครปั๊มตามข้อถือสิทธิที่ 8 ที่ซึ่งโครงสร้างหลายชั้นของสารโพลิเมอร์ดังกล่าว ในทำจากวัสดุแผ่นยางประเภทซิลิโคน เช่น polydimethysiloxane (PDMS) 1 0. อุปกรณ์ ไมโครปั๊มตามข้อถือสิทธิที่ 8 ที่ซึ่งชั้นโครงสร้าง microchamber (8, 9, 10 และ 11) ดังกล่าวมีความหนาไม่ควรน้อยกว่า 100 ไมโครเมตร 1 1. อุปกรณ์ ไมโครปั๊มตามข้อถือสิทธิที่ 8 ที่ซึ่งโครงสร้าง แอร์ แชมเบอร์ (Air chamber) (9,10 และ 11) ภายในชั้นโครงสร้าง microchamber ดังกล่าว มีลักษณะเป็นวงกลมที่มีเส้นผ่าศูนย์กลางอยู่ ระหว่าง 50-1000 ไมโครเมตร 1 2. อุปกรณ์ ไมโครปั๊มตามข้อถือสิทธิที่ 8 ที่ซึ่งชั้นโครงสร้าง actuating membrane (12) ดังกล่าว มีความหนาอยู่ระหว่าง 10-100 ไมโครเมตร 1 3. อุปกรณ์ ไมโครปั๊มตามข้อถือสิทธิที่ 8 ที่ซึ่งชั้นโครงสร้าง microchannel (13) ดังกล่าวมี ความหนาอยู่ระหว่าง 500-3000 ไมโครเมตร 1 4. อุปกรณ์ ไมโครปั๊มตามข้อถือสิทธิ 8 ที่ซึ่งโครงสร้าง microchannel (13) ดังกล่าว ของระบบ microfluidic ภายในชั้นโครงสร้าง microchannel (13) ดังกล่าว มีความกว้างและลึกอยู่ระหว่าง 50-200 ไมโครเมตร 1 5. อุปกรณ์ ไมโครปั๊มตามข้อถือสิทธิ 8 ที่ซึ่งโครงสร้าง microchannel (13) ดังกล่าวภายในชั้น โครงสร้าง microchannel (13) ดังกล่าวในส่วนที่อยู่เหนือ แอร์ แซมเบอร์ (Air chamber) (9, 10 และ 11) มีความกว้างกว่า microchannel ของระบบ microfluidic ปกติ คืออยู่ระหว่าง 100-500 ไมโครเมตร 1 6. กระบวนการผลิตอุปกรณ์ ไมโครปั๊มที่ประกอบด้วย - การจัดให้มีแผ่นฐาน (1) ที่ประกอบด้วยผิวหน้าที่หนึ่งและสอง - การจัดให้มีโครงสร้างตัวทำความร้อนแบบเมมเบรนลอยที่ถูกสร้างจากชั้น ฟิล์มบาง และมีส่วนหนึ่งลอยอยู่เหนือแผ่นฐาน (1) ดังกล่าว โดยมีช่องว่าง (15, 16 และ 17) ดังกล่าว โดยมีแขนยึดเป็นตัวเชื่อมอย่างน้อยสองจุด - การจัดให้มีชั้นฟิล์มบาง (2, 3 และ 4) ซึ่งทำหน้าที่เป็นขั้วของตัวทำความร้อนเมมเบรนลอย ที่ถูกสร้างอยู่บนผิวหน้าที่หนึ่งของแผ่นฐาน (1) - การจัดให้มีโครงสร้างหลายชั้นของสารโพลิเมอร์ซึ่งประกอบด้วย microchamber (8, 9, 10 และ 11), microheater, actuating membrane (12) และ microchannel (13) ล้อมรอบโครงสร้างตัวทำความร้อนแบบเมมเบรนลอยดังกล่าว โดยที่กระบวนการผลิตอุปกรณ์ไมโครปั๊มดังกล่าวมีลักษณะเฉพาะคือ ในขั้นตอนการจัด ให้มีโครงสร้างตัวทำความร้อนแบบเมมเบรนลอยดังกล่าว ประกอบด้วยขั้นตอนของ - การสร้างชั้นของ photoresist (18) โดยกระบวนการถ่ายแบบด้วยแสง (photolithography) เป็นแท่งสี่เหลี่ยมหรือรูปร่างอื่นๆที่ใกล้เคียงสำหรับการรอง โครงสร้างตัวทำความร้อนแบบเมมเบรนลอยดังกล่าว - การสร้างฟิล์มบางตัวทำความร้อน บนชั้นของ photoresist (18) ดังกล่าวให้มี ความหนาตามต้องการด้วยกระบวนการ evaporation หรือ sputtering และ - การกำจัดชั้น photoresist (18) ดังกล่าวออกไป เพื่อทำให้เกิดช่องว่าง (15, 16 และ 17) ดังกล่าว ระหว่างโครงสร้างตัวทำความร้อนแบบเมมเบรนลอยดังกล่าวบนแผ่นฐาน (1) ดังกล่าว 1 7. กระบวนการผลิตอุปกรณ์ไมโครปั๊มตามข้อถือสิทธิที่ 16 โดยที่ขั้นตอนในการสร้าง โครงสร้าง หลายชั้นของสารโพลิเมอร์ดังกล่าวซึ่งประกอบด้วย microchamber (8, 9, 10 และ 11), microheater, actuating membrane (12) และ microchannel (13) จะทำจากแผ่นยาง ประเภทซิลิโคน เช่น polydimethysiloxane (PDMS) ที่จะถูกสร้างด้วยวิธีการ spin casting, plastic molding และ plasma bonding ลงบนซับสเตรตที่เป็นแก้ว ที่ประกอบด้วยขั้นตอน ของ - การสร้างโครงสร้าง microchamber (8, 9, 10 และ 11) จากแผ่นเรียบของแผ่นยาง PDMS ที่มี ความหนาที่ต้องการโดยวิธีการ spin casting ซึ่งเริ่มต้นด้วยการเทยางเหลวของ PDMS ลงบนแผ่นฐานรองชั่วคราว (19) ซึ่งอาจเป็นแผ่นเรียบของแก้ว โลหะหรือ ซิลิกอน จากนั้นก็จะทำการหมุนด้วยเครื่องมือที่เรียกว่า spin coater ซึ่งจะมีการจับ ยึดฐานรองชั่วคราว (19) ด้วยสุญญากาศแล้วหมุนฐานรองที่มีของเหลวด้วย ความเร็วคงที่โดยมอเตอร์ที่มีการควบคุมแบบ PID โดยความเร็วที่เหมาะสมจะอยู่ ในช่วง 300-2000 รอบต่อนาที เป็นเวลา 30-60 วินาทีเพื่อให้ได้ความหนาของ แผ่น PDMS ในช่วง 1000-100 ไมโครเมตร จากนั้นก็จะมีการอบที่อุณหภูมิ ประมาณ 80 ํC เป็นเวลา 2 ชั่วโมงเพื่อให้ PDMS แห้งสนิท จากนั้นจึงลอกแผ่น PDMS จากแผ่นฐานรองชั่วคราว (19) และเจาะรูขนาดเล็กสำหรับ แอร์ แชมเบอร์ (Air chamber) (9, 10 และ 11) โดยสว่านหรือเครื่องมือเจาะที่มีขนาดที่เหมาะสม - การสร้างชั้น abating membrane (12) โดยวิธีการ spin casting เช่นเดียวกับกรณี ข้างต้น แต่ในกรณีนี้จะทำการหมุนแผ่นฐานรองชั่วคราว (19) ด้วยความเร็วที่ สูงขึ้นเพื่อให้ได้แผ่นที่บางขึ้นโดยความเร็วที่เหมาะสมจะอยู่ในช่วง 2000-5000 รอบต่อนาที เป็นเวลา 30-60 วินาทีเพื่อให้ได้ความหนาของแผ่น PDMS ในช่วง 100-10 ไมโครเมตร หลังจากการอบก็จะทำการลอกชั้น membrane ที่ได้จากแผ่น ฐานรองชั่วคราว - การสร้างโครงสร้าง microchannel โดยการสร้างแม่พิมพ์ (mold) อย่างง่าย โดย เริ่มต้นจากแผ่นฐานรองชั่วคราว (19) จากนั้นก็จะมีการสร้างชั้นแม่พิมพ์ที่มี โครงสร้าง microchannel ที่มีลวดลาย ความหนาและขนาดที่เหมาะสม โดยชั้น แม่พิมพ์ที่มีโครงสร้าง microchannel นี้อาจสร้างมาจาก photoresist ที่มีความ หนามากและเหมาะสม เช่น SU8 ตามด้วยการหล่อ (casting) ของยางเหลวของ PDMS ลงบนแม่พิมพ์ (mold) หรือการทำ hot embossing ของยางแข็งของ PDMS ลงบนแม่พิมพ์ (mold) และการดึงโครงสร้าง PDMS ออกจากชั้นแม่พิมพ์ - กระบวนการ plasma bonding เพื่อยึดโครงสร้าง PDMS ทั้งสามส่วน คือ microchamber (8, 9, 10 และ 11) actuating membrane (12) และ microchannel (13) เข้า ด้วยกันโดยจะต้องมีการให้ความร้อนที่อุณหภูมิที่เหมาะสมในช่วง 80-90 ํC เพื่อโครงสร้าง PDMS ทั้งหมดอ่อนตัวและยึดติดกันอย่างแข็งแรงหลังจากนำออกมาจาก oxygen plasma และ - กระบวนการ plasma bonding เพื่อยึดโครงสร้าง PDMS ทั้งหมดให้ติดกับแผ่นฐาน (1) โดยล้อมรอบโครงสร้างตัวทำความร้อนแบบเมมเบรนลอยทั้งหมด โดยไม่มี การให้ความร้อน ----------------------------------------------------------------------- 1. อุปกรณ์ไมโครปั้ม ที่ประกอบด้วย - แผ่นฐาน (3) ที่ประกอบด้วยผิวหน้าที่หนึ่งและสอง โดยแผ่นฐาน (3) ดังกล่าวทำ มาจากวัสดุที่เป็นฉนวน - ชั้นฟิล์มบาง โครงสร้างตัวทำความร้อนแบบเมมเบรนลอยที่ประกอบด้วยฟิล์มบาง ตัวทำความร้อน (1) ที่ถูกสร้างอยู่บนผิวหน้าที่หนึ่งของแผ่นฐาน (3) โดยมีช่องว่าง อากาศ (9) ดังกล่าว โดยมีเเขนยึดเป็นตัวเชื่อมอย่างน้อยสองจุด - ชั้นฟิล์มบาง (2) ซึ่งทำหน้าที่เป็นขั้วของตัวทำความร้อนเมมเบรนลอยที่ถูกสร้าง อยู่บนผิวหน้าที่หนึ่งของแผ่นฐาน (3) และ - โครงสร้างหลายชั้นของสารโพลิเมอร์ซึ่งประกอบด้วย ไมโครเเชมเบอร์ (4)-(5), ตัวทำความร้อนขนาดไมโคร (microheater), เเอกชูเอตติ้งเมมเบรน (actuating mcmbrane) (6) และ ช่องขนาดไมโคร (microchannel) (7)-(8) ที่ยึดติดอยู่บนเเผ่น ฐาน (3) ล้อมรอบโครงสร้างตัวทำความร้อนเเบบเมมลอยทั้งหมด โดยที่อุปกรณ์ ไมโครปั๊มดังกล่าว มีลักษณะเฉพาะคือ แผ่นฐาน (3) มีคุณสมบัติเป็นวัสดุ ฉนวนที่ทนความร้อนได้อย่างน้อย 250 องศาเซลเซียส และโครงสร้างตัวทำความร้อนแบบเมม เบรนลอยที่ประกอบด้วยฟิล์มบางตัวทำความร้อน (1) และขั้วชั้นฟล์มบาง (2) สร้างขึ้นจาก กระบวนการ physical vapor deposition นอกจากนี้มีลักษณะเฉพาะของโครงสร้างหลายชั้นของสาร โพลิเมอร์ที่เป็นแผ่นยางประเภทซิลิโคน เช่น โพลิไดเมธิลไซโลเซน (polydimcthysiloxane : PDMS) ที่จะถูกสร้างด้วยวิธีการหล่อขึ้นรูปพลาสติก (plastic molding), การสลักด้วยความร้อน (hot embossing) และ การเชื่อมติดด้วยพลาสมา (plasma bonding) ลงบนซับสเตรตที่เป็นแก้ว 2. อุปกรณ์ ไมโครปั๊มตามข้อถือสิทธิที่ 1 ที่ซึ่งแผ่นฐาน (3) ดังกล่าว ทำจากแก้ว 3. อุปกรณ์ ไมโครปั๊มตามข้อถือสิทธิที่ 1 ที่ซึ่งแผ่นฐาน (3) ดังกล่าวทำจากซิลิกา 4. อุปกรณ์ ไมโครปั๊มตามข้อถือสิทธิที่ 2-3 ข้อใดข้อหนึ่ง ที่ซึ่งแผ่นฐาน (3) ดังกล่าวมีขนาด กว้างและยาวอยู่ระหว่าง 1-100 มิลลิเมตรและมีความหนาระหว่างง 0.5-2 มิลลิเมตร 5. อุปกรณ์ ไมโครปั๊มตามข้อถือสิทธิที่ 1 ที่ซึ่งฟิล์มบางตัวทำความร้อน(1) ดังกล่าวอยู่บนเมม เบรนลอยของชั้นฟิล์มบาง (5) ทำจากโลหะผสมระหว่างนิเกิ้ลและโครเมี่ยมและมีความ หนาในช่วง 0.2-3 ไมโครเมตร 6. อุปกรณ์ ไมโครปั๊มตามข้อถือสิทธิที่ 1 ที่ซึ่งฟิล์มบางตัวทำความร้อน (1) ดังกล่าวอยู่บนเมม เบรนลอยของชั้นฟิล์มบาง (5) ทำจากโลหะของสารประกอบ ไททาเนียมไนไตรด์ (TiN) และมีความหนาในช่วง 0.2-3 ไมโครเมตร 7. อุปกรณ์ ไมโครปั๊มตามข้อถือสิทธิที่ 1 ที่ซึ่งชั้นฟิล์มบาง (2) ประกอบด้วยชั้นโครเมี่ยมใน ชั้นแรกที่มีความหนาระหว่าง 20-40 นาโนเมตรและชั้นทองคำที่มีความหนาระหว่าง 100- 300 นาโนเมตรในชั้นถัดไป 8. อุปกรณ์ ไมโครปั๊มตามข้อถือสิทธิที่ 1 ยังมีโครงสร้างหลายชั้นของสารโพลิเมอร์ซึ่ง ประกอบด้วย ไมโครเเชมเบอร์ (4)-(5), แอกชูเอตติ้งเมมเบรน (actuating membranc) (6) และ ช่องขนาดไมโคร (microchannel) (7)-(8) ล้อมรอบโครงสร้างตัวทำความร้อนแบบ เมมเบรนลอยดังกล่าว 9. อุปกรณ์ ไมโครปั๊มตามข้อถือสิทธิที่ 8 ที่ซึ่งโครงสร้างหลายชั้นของสารโพลิเมอร์ดังกล่าว ในทำจากวัสดุแผ่นยางประเภทซิลิโคล เช่น โพลีไดเมธิลไซโลเซน (PDMS) 1 0. อุปกรณ์ ไมโครปั๊มตามข้อถือสิทธิที่ 8 ที่ซึ่งชั้นโครงสร้าง ไมโครเเชมเบอร์ (4) ดังกล่าวมี ความหนาไม่ควรน้อยกว่า 100 ไมโครเมตร 1

1. อุปกรณ์ ไมโครปั๊มตามข้อถือสิทธิที่ 8 ที่ซึ่งโครงสร้าง เเชมเบอร์อากาศ (5) ภายในชั้น โครงสร้าง ไมโครเเชมเบอร์ (4) ดังกล่าว มีลักษณะเป็นวงกลมที่มีเส้นผ่าศูนย์กลางอยู่ ระหว่าง 50-1000 ไมโครเมตร 1

2. อุปกรณ์ ไมโครปั๊มตามข้อถือสิทธิที่ 8 ที่ซึ่งชั้นโครงสร้าง เเอกชูเอตติ้งเมมเบรน (actuating membrane) (6) ดังกล่าวมีความหนาอยู่ระหว่าง 10-100 ไมโครเมตร 1

3. อุปกรณ์ ไมโครปั๊มตามข้อถือสิทธิที่ 8 ที่ซึ่งชั้นโครงสร้าง ช่องชนาดไมโคร (microchannel) (7) ดังกล่าวมีควมหนาอยู่ระหว่าง 500-3000ไมโครเมตร 1

4. อุปกรณ์ ไมโครปั๊มตามข้อถือสิทธิ 8 ที่ซึ่งโครงสร้าง ช่องขนาดไมโคร (microchannel) (8) ดังกล่าว ของระบบ microfluidic ภายในชั้นโครงสร้าง ช่องขนาดไมโคร (microchannel) (7)ดังกล่าว มีความกว้างและลึกอยู่ระหว่าง 50-200 ไมโครเมตร 1

5. อุปกรณ์ ไมโครปั๊มตามข้อถือสิทธิ 8 ที่ซึ่งโครงสร้าง ช่องขนาดไมโคร (microchannel) (8) ดังกล่าวภายในชั้นโครงสร้าง ช่องขนาดไมโคร (microchanncl) (7) ดังกล่าวในส่วนที่อยู่ เหนือ เเชมเบอร์อากาศ (5) มีความกว้างกว่า ช่องขนาดไมโคร (microchanncl) ของระบบ ไมโครฟลูอิดิก ปกติ คืออยู่ระหว่าง 100-500 ไมโครเมตร 1

6. กระบวนการผลิตอุปกรณ์ ไมโครปั๊ม ที่ประกอบด้วย - การจัดให้มีแผ่นฐาน (3) ที่ประกอบด้วยผิวหน้าที่หนึ่งและสอง - การจัดให้มีโครงสร้างตัวทำความร้อนแบบเมมเบรนลอย (1) ที่ถูกสร้างจากชั้น ฟิล์มบาง (1) และมีส่วนหนึ่งลอยอยู่เหนือแผ่นฐาน (3) ดังกล่าว โดยมีช่องว่าง (8) ดังกล่าว โดยมีแขนยึดเป็นตัวเชื่อมอย่างน้อยสองจุด - การจัดให้มีชั้นฟิล์มบาง (2) ซึ่งทำหน้าที่เป็นขั้วของตัวทำความร้อนเมมเบรนลอย ที่ถูกสร้างอยู่บนผิวหน้าที่หนึ่งของแผ่นฐาน (3) - การจัดให้มีโครงสร้างหลายชั้นของสารโพลิเมอร์ซึ่งประกอบด้วย ไมโครเเชม เบอร์ (4)-(5), ตัวทำความร้อนขนาดไมโคร (microhcatcr), เเอกชูเอตติ้งเมมเบรน (acluating mcmbrane) (6) และ ช่องขนาดไมโคร (microchannel) (7)-(8) ล้อมรอบโครงสร้างตัวทำความร้อนแบบเมมเบรนลอยดังกล่าว โดยที่กระบวนการผลิตอุปกรณ์ไมโครปั๊มดังกล่าวมีลักษณะเฉพาะคือ ในขั้นตอนการจัด ให้มีโครงสร้างตัวทำความร้อนแบบเมมเบรนลอยดังกล่าว ประกอบด้วยขั้นตอนของ - การสร้างชั้นของ photorcsist (10) โดยกระบวนการถ่ายแบบด้วยแสง (photolithography) เป็นแท่งสีเหลี่ยมหรือรูปร่างอื่นๆที่ใกล้เคียงสำหรับการรอง โครงสร้างตัวทำความร้อนแบบเมมเบรนลอยดังกล่าว - การสร้างฟิล์มบางตัวทำความร้อน (1) บนชั้นของ photoresist (10) ดังกล่าวให้มี ความหนาตามต้องการด้วยกระบวนการ cvaporation หรือ sputtcring และ - การจำกัดชั้น photoresist (10) ดังกล่าวออกไป เพื่อทำให้เกิดช่องว่าง (8) ดังกล่าว ระหว่างโครงสร้างตัวทำความร้อนแบบเมมเบรนลอยดังกล่าวบนแผ่นฐาน (3) ดังกล่าว 1

7. กระบวนการผลิตอุปกรณ์ ไมโครปั๊มตามข้อถือสิทธิที่ 16 โดยที่ขั้นในตอนการสร้าง โครงสร้างหลายชั้นของสารโพลิเมอร์ดังกล่าวซึ่งประกอบด้วย ไมโครเเชมเบอร์ (4)-(5), ตัวทำความร้อนขนาดไมโคร (microheater), เเอกชูเอตติ้งเมมเบรน (actuating membrane) (6) และ ช่องขนาดไมโคร (microchannel) (7)-(8) จะทำจากแผ่นยางประเภทซิลิโคน เช่น โพลีไดเมธิลไซโลเซน(PDMS) ที่จะถูกสร้างด้วยวิธีการ spin casting, plastic molding และ plasma bonding ลงบนซับสเตรตที่เป็นแก้ว ที่ประกอบด้วยขั้นตอนของ - การสร้างโครงสร้าง ไมโครเเชมเบอร์ (4) จากแผ่นเรียบของแผ่นยาง PDMS ที่มี ความหนาที่ต้องการโดยวิธีการ spin casting ซึ่งเริ่มต้นด้วยการเทยางเหลวของ PDMS ลงบนแผ่นฐานรองชั่วคราว (11) ซึ่งอาจเป็นแผ่นเรียบของแก้ว โลหะหรือ ซิลิกอน จากนั้นก็จะทำการหมุนด้วยเครื่องมือที่เรียกว่า spin coater ซึ่งจะมีการจับ ยึดฐานรองชั่วคราว (11) ด้วยสูญญากาศแล้วหมุนฐานรองที่มีของเหลวด้วย ความเร็วคงที่โดยมอเตอร์ที่มีการควบคุมแบบ PID โดยความเร็วที่เหมาะสมจะอยู่ ในช่วง 300-2000 รอบต่อนาที เป็นเวลา 30-60 วินาทีเพื่อให้ได้ความหนาของ แผ่น PDMS ในช่วง 1000-100 ไมโครเมตร จากนั้นก็จะมีการอบที่อุณหภูมิ ประมาณ 80 ํC เป็นเวลา 2 ชั่วโมงเพื่อให้ PDMS แห้งสนิท จากนั้นจึงลอกแผ่น PDMS จากแผ่นฐานรองชั่วคราว (11) และเจาะรูขนาดเล็กสำหรับ แชมเบอร์ อากาศ (S) โดยสว่านหรือเครื่องมือเจาะที่เหมาะสม - การสร้างชั้น เเอกชูเอตติ้งเมมเบรน (actuating membrane) 6 โดยวิธีการ spin casting เช่นเดียวกับกรณีข้างต้น แต่ในกรณีนี้จะทำการหมุนแผ่นฐานรองชั่วคราว (11) ด้วยความเร็วที่สูงขึ้นเพื่อให้ได้แผ่นที่บางขึ้นโดยความเร็วที่เหมาะสมจะอยู่ แผ่น PDMS ในช่วง 100-10 ไมโครเมตร หลังจากการอบก็จะทำการลอกชัน membrane ที่ได้จากแผ่นฐานรองชั่วคราว - การสร้างโครงสร้าง ช่องขนาดไมโคร (microchannel) โดยการสร้างแม่พิมพ์ (mold) อย่างง่าย โดยเริ่มต้นจากแผ่นฐานรองชั่วคราว (11) จากนั้นก็จะมีการสร้าง ชั้นแม่พิมพ์ที่มีโครงสร้าง ช่องขนาดไมโคร (microchanncl) (12) ที่มีลวดลาย ความหนาและขนาดที่เหมาะสม โดยชั้นแม่พิมพ์ที่มีโครงสร้าง ช่องขนาดไมโคร (microchannel) (12) นี้อาจสร้างจาก photoresist ที่มีความหนามากและ เหมาะสม เช่น SUB ตามด้วยการหล่อ (casting) ของยางเหลวของ PDMS ลงบน แม่พิมพ์ (mold) หรือการทำ hot embossing ของยางเเข็งของ PDMS ลงบน - กระบวนการ plasma bonding เพื่อยึดโครงสร้าง PDMSทั้งสามส่วน คือ ไม โครเเชมเบอร์ 4-5 เเอกชูเอตติ้งเมมเบรน (actuating mcmbrane) 6 และ ช่องขนาด ไมโคร (mierochanncl) 7-8 เข้าด้วยกัน โดยจะต้องมีการให้ความร้อนที่อุณหภูมิที่ เหมาะสมในช่วง 80-90 ํC เพื่อโครงสร้าง PDMS ทั้งหมดอ่อนตัวและยึดติดกัน อย่างเเข็งแรงหลังจากนำออกมาจาก oxygen plasma และ - กระบวกการ plasma bonding เพื่อยึดโครงสร้าง PDMS ทั้งหมดให้ติดกับแผ่นฐาน (3) โดยล้อมรอบโครงสร้างตัวทำความร้อนแบบเมมเบรนลอยทั้งหมด โดยไม่มี การให้คสวามร้อน